未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response, UPR）是一種進(jìn)化保守的細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)信號(hào)通路，包含PERK、IRE1和ATF6等三條信號(hào)通路。UPR在體細(xì)胞生理和病理過(guò)程中發(fā)揮重要功能，同時(shí)也參與了多種干細(xì)胞分化和個(gè)體發(fā)育的過(guò)程，但其中復(fù)雜而深?yuàn)W的調(diào)控機(jī)制仍有待解析。近日，我校生命科學(xué)學(xué)院屈良鵠教授課題組以成肌細(xì)胞誘導(dǎo)的骨骼肌分化模型為對(duì)象，揭示了UPR的主要通路—PERK信號(hào)通路通過(guò)調(diào)控microRNA網(wǎng)絡(luò)，決定成肌細(xì)胞分化及命運(yùn)的新機(jī)制。
該研究通過(guò)構(gòu)建PERK、IRE1和ATF6 等三個(gè)UPR傳感蛋白的敲低穩(wěn)定株，發(fā)現(xiàn)敲低這些傳感蛋白都會(huì)嚴(yán)重地影響C2C12成肌細(xì)胞分化過(guò)程中的細(xì)胞融合以及肌管的形成，特別是敲低PERK不僅完全阻止了成肌細(xì)胞分化標(biāo)志物的產(chǎn)生，而且使細(xì)胞形態(tài)發(fā)生了由梭形變成圓形的轉(zhuǎn)化。進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，敲低PERK改變了與細(xì)胞分化和干細(xì)胞維持相關(guān)的miRNA網(wǎng)絡(luò)及其調(diào)控的細(xì)胞信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)成肌細(xì)胞去分化為干性顯著的肌源性衛(wèi)星細(xì)胞。而通過(guò)在成肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)PERK的下游轉(zhuǎn)錄因子ATF4，發(fā)現(xiàn)ATF4可以轉(zhuǎn)錄激活miR-1a和miR-133a等一批骨骼肌分化特異性miRNA，從而促進(jìn)成肌細(xì)胞的分化。該研究還揭示了以PPP1CC為樞紐的PERK-miR128-UPR反饋途徑：在成肌細(xì)胞分化過(guò)程中，由PERK通路顯著上調(diào)的miR-128能影響一系列與UPR功能相關(guān)的細(xì)胞表型，包括細(xì)胞遷移、融合、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張以及肌管的形成； miR-128可直接靶向UPR通路的核心調(diào)控因子PP1磷酸酶的催化亞基PPP1CC，正反饋調(diào)控PERK等多條UPR通路的活性。非常有趣的是，miR-128-2宿主基因編碼的RNA結(jié)合蛋白ARPP21通過(guò)與miR-128競(jìng)爭(zhēng)Ppp1cc mRNA 的3'非翻譯區(qū)，調(diào)控分化過(guò)程中細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)。
圖1 成肌細(xì)胞分化過(guò)程中PERK和miRNA網(wǎng)絡(luò)之間的調(diào)控模型
以上研究首次揭示PERK 信號(hào)在成肌細(xì)胞維持和分化中的關(guān)鍵調(diào)控功能及機(jī)制，拓展了我們對(duì)UPR通路在干細(xì)胞分化及命運(yùn)決定中的作用的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，敲低PERK誘導(dǎo)成肌細(xì)胞去分化為肌源性衛(wèi)星細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，為體外細(xì)胞重編程提供了一種新的思路和技術(shù)。
該研究于近日在線(xiàn)發(fā)表在《細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)前沿》（Front Cell Dev Biol）雜志，題目為 “PERK Signaling Controls Myoblast Differentiation by Regulating MicroRNA Networks”。屈良鵠教授和鄭凌伶副教授為該論文并列通訊作者，2016級(jí)博士生譚葉雅和孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院助理研究員張寅為該論文并列第一作者。本研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃等基金支持。
